盧丹萍 明鑫 林秀明

摘要：為解決城市交通中停車難的問題，文章提出了一種基于智能地鎖及微信小程序的共享車位系統(tǒng)。智能地鎖由控制器、數(shù)據(jù)傳輸模塊、鎖臂驅(qū)動電機、鋰電池等部分構(gòu)成，負(fù)責(zé)接收后臺指令并控制鎖臂的升降，同時上傳車位信息;微信小程序客戶端提供給車主操作，可實現(xiàn)車位搜索、即時停車、取車等功能。實踐表明，此共享車位系統(tǒng)軟硬結(jié)合，實現(xiàn)了停車位的遠(yuǎn)程查詢及實時停車取車等操作，具有較大的推廣價值。

關(guān)鍵詞：共享車位;智能地鎖;微信小程序

In order to solve the problem of parking difficulty in urban traffic，this article proposes a shared parking space system based on intelligent ground lock and WeChat app.The intelligent ground lock comprises the controller，data transmission module，lock arm drive motor，lithium battery and the like，and is responsible for receiving background commands and controlling the lifting and lowering of lock arm，and simultaneously uploading the parking space information;the WeChat app client is provided to the owner for operation，and can realize the parking space search，instant parking，pick up and other functions.Practice shows that this shared parking space system combines the software and hardware，and realizes remote query of parking space and realtime parking and pickup operations，etc.，which has great promotion value.

Shared parking space;Intelligent ground lock;WeChat app

0 引言

目前我國汽車保有量快速增長，“停車難”問題成為現(xiàn)代大城市的共性問題。特別是醫(yī)院、車站、購物中心等車輛進(jìn)出頻繁的地方，停車位資源顯得特別緊張。相信多數(shù)人都有過開著車在某個地方轉(zhuǎn)悠尋找停車位的經(jīng)歷。

然而，事實上停車難并非絕對。經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的情況，有些地方一位難求，

而有的地方卻有大片閑置的停車位。與目的地一墻之隔或者一兩百米之外就有空停車位，但是車主卻不知道，這樣就造成了核心地段停車位稀缺，而核心地段附近卻有富余車位的情況，從而大大降低了停車位的使用效率，導(dǎo)致原本緊張的停車位資源閑置浪費，這是造成停車難的原因之一[1]。

鑒于此，本文研究設(shè)計了一個“共享車位系統(tǒng)”，用戶只要打開“共享車位”微信小程序，系統(tǒng)就會自動定位周邊的空余共享停車位信息，在選擇合適的停車位之后，可導(dǎo)航到此。同時也可以在小程序端完成車位預(yù)約、線上排隊、自動計費等功能，為市民開車出行帶來了極大的便利。

1 總體設(shè)計方案

該系統(tǒng)包括微信小程序和車位鎖硬件兩部分。微信小程序部署于網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)器;車位鎖硬件安裝在停車位的實線框內(nèi)，可遠(yuǎn)程控制升起（上鎖）和降低（解鎖）。車主可通過微信客戶端打開“共享車位”小程序，通過精確的地圖定位提前查詢目的地有無空閑車位，如有可預(yù)約車位，可導(dǎo)航到達(dá)該位置。到達(dá)停車位旁邊時，可用小程序控制車位鎖打開，然后停車入位。車輛駛出車位之后，車位鎖自動升起。如暫時沒有車位，可線上排隊。配合服務(wù)器程序，可完成車位的收費管理，可設(shè)置不同地段不同時段的差異化收費標(biāo)準(zhǔn)，并實現(xiàn)微信收費。

車位鎖硬件部分采用無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞脚c微信服務(wù)器后臺通信，并采用鋰電池供電，無需額外鋪設(shè)電源及通信線纜?？扇〈F(xiàn)有的停車位/場的收費模式，實現(xiàn)停車位/場的無人值守。本共享車位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

2 智能地鎖

智能地鎖鎖體如圖2所示，此智能地鎖可采集本車位有無車輛的信息，并將此信息利用4G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器。同時接收來自服務(wù)器的命令并解碼，驅(qū)動鎖體直流電機實現(xiàn)鎖的開關(guān)控制。在開關(guān)鎖過程中，若鎖桿碰到障礙物會自動停止開鎖或者關(guān)鎖過程，避免損壞鎖體或者車輛[2]。車位鎖組成如圖3所示。

2.1 控制器

由圖3可知，控制器為智能地鎖核心器件，協(xié)調(diào)各模塊正常工作。選擇STC15W4K32S4-DIP28單片機作為控制器，該芯片具有2.5 ～5.5 V的電源電壓適應(yīng)范圍、32 Kbyte的Flash程序存儲器、4 Kbyte大容量SRAM、8路10 BitAD轉(zhuǎn)換器、1路電壓比較器及2路異步串口，可同時工作。且該芯片無需外接晶振和復(fù)位電路也可正常工作，具有很強的抗干擾能力，完全適合此場景的應(yīng)用。

2.2 數(shù)據(jù)通信模塊

采用USR-GPRS232-7S4型DTU模塊，此模塊實現(xiàn)了串口與后臺服務(wù)器通過4G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)透明傳輸。USR-GPRS232-7S4的23引腳為雙列直插封裝，引腳排列如下頁圖4所示，與本應(yīng)用相關(guān)的引腳及對應(yīng)功能如表1所示。

其他引腳在此應(yīng)用中沒有使用，因此不再贅述。在使用此模塊之前，需要設(shè)置數(shù)據(jù)透明傳輸?shù)哪繕?biāo)地址及端口號，然后給模塊插入一張開通流量的手機卡，上電之后模塊會自動搜索網(wǎng)絡(luò)并完成注冊。若模塊收到來自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)會自動解包，之后通過串口發(fā)送給單片機。若單片機需要發(fā)送數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)，則直接通過串口安裝雙方協(xié)議把數(shù)據(jù)幀發(fā)送給模塊，模塊會自動打包發(fā)送到之前設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)地址。也可設(shè)置定時發(fā)送心跳包到服務(wù)器端，服務(wù)器端以此來判斷某個智能地鎖是否在線;同時每個心跳包也包含各個智能地鎖的ID，服務(wù)器據(jù)此來對分布在不同地點的智能地鎖進(jìn)行管理[3]。

2.3 鎖體電機驅(qū)動及防碰撞檢測

鎖體電機為直流電機，開鎖過程和鎖止過程為直流電機的正反轉(zhuǎn)過程。電機的驅(qū)動電路如圖5所示。

圖5中，MOTOA與MOTOB分別接鎖體轉(zhuǎn)動機構(gòu)直流電機的兩極，MA、MB接單片機的兩個IO口接收控制信號，K1、K2為兩個具有常閉及常開觸點的繼電器，R8為電機回路電流取樣電阻。MA、MB信號與電機正反轉(zhuǎn)（開鎖及鎖止）關(guān)系如表2所示。

在電機運行過程中，通過監(jiān)測R8電壓來判定電機是否處于過載狀態(tài)。若過載則說明鎖體在轉(zhuǎn)動過程中碰到車輛，應(yīng)該立即停止。

2.4 車輛有無檢測

為了降低系統(tǒng)功耗，延長電池使用時間，本系統(tǒng)沒有單獨安裝地磁傳感器來檢測車位有無車輛，而是通過鎖體內(nèi)的光電傳感器識別車位鎖搖臂的位置來確定車位上車輛的當(dāng)前狀態(tài)。車位鎖側(cè)視圖如圖6所示。若搖臂處于位置B，此時車位鎖處于鎖止?fàn)顟B(tài)，停車位無車輛停放;若搖臂處于位置A，此時有車輛停放入車位，車位鎖處于開啟狀態(tài);若搖臂處于A與B之間或者B與C之間的任一位置，說明此時車位鎖被車輛撞開，處于異常狀態(tài)。

2.5 電池及電壓檢測

為了便于車位的升級改造，避免重新鋪設(shè)電線的繁瑣工作，此車位鎖使用20 000 mAh7.4 V鋰電池供電，充滿電時的電壓為8.4 V。電池的消耗主要來自搖臂電機的正反轉(zhuǎn)及與后臺的數(shù)據(jù)通訊。數(shù)據(jù)模塊工作時的平均電流為35 ～48 mA，直流電機工作時的電流在100 mA左右。在7.4 V供電間歇性關(guān)閉數(shù)據(jù)通信，單片機進(jìn)入空閑模式的情況下，整個電路待機時的平均電流<1 mA。因此為了最大限度地降低系統(tǒng)功耗，電路中不設(shè)置任何指示用的LED，單片機控制數(shù)據(jù)模塊間歇性啟動偵測數(shù)據(jù)，然后單片機進(jìn)入空閑狀態(tài)。電路中設(shè)置了電壓檢測功能，將電池1/3分壓之后接入單片機ADO通道，單片機檢測此通道電壓，3倍之后得出電池電壓。若電池電壓低于7.4 V，則向后臺發(fā)出電池欠壓信號，由后臺安排工作人員更換電池[4]。

2.6 智能地鎖程序設(shè)計

單片機程序完成網(wǎng)絡(luò)指令的接收執(zhí)行及狀態(tài)數(shù)據(jù)上報等工作。主程序流程如圖7所示，串口中斷及電壓比較器中斷程序流程如圖8所示。

由圖7可知，主程序首先進(jìn)行初始工作，包括IO端口初始化、串口初始化、電壓比較器初始化、各變量初始化等。之后進(jìn)入一個主循環(huán)程序，判斷是否接收到網(wǎng)絡(luò)指令，如沒有則進(jìn)入空閑模式，等待被中斷喚醒。若收到網(wǎng)絡(luò)指令，則進(jìn)行指令解析，根據(jù)指令內(nèi)容分別進(jìn)行車位開鎖、關(guān)鎖、車位狀態(tài)上報及電池電壓上報等工作，之后清除標(biāo)志進(jìn)入空閑模式等待下次被喚醒。

由圖8可知，當(dāng)單片機串口接收到數(shù)據(jù)時說明有網(wǎng)絡(luò)指令下發(fā)，單片機從空閑狀態(tài)被喚醒進(jìn)入串口中斷。在中斷程序內(nèi)接收此指令并設(shè)置標(biāo)志位，然后中斷返回，程序指針會回到主程序中的主循環(huán)繼續(xù)執(zhí)行;當(dāng)單片機響應(yīng)電壓比較器中斷，說明此時電機過載，中斷程序應(yīng)立即停止電機工作，同時記錄當(dāng)前搖臂狀態(tài)，然后中斷返回，程序指針會回到主程序中的主循環(huán)繼續(xù)執(zhí)行。

3 微信小程序的實現(xiàn)

車主使用共享車位時需要使用微信客戶端打開“快捷車位”微信小程序。微信小程序與智能地鎖之間的數(shù)據(jù)流如圖9所示。

微信用戶第一次訪問小程序時需要請求登錄權(quán)限，登錄過程通過如下步驟實現(xiàn)：（1）程序調(diào)取自身code碼請求API，API攜帶code碼請求微信服務(wù)器換取openid（標(biāo)識用戶身份的唯一ID）;（2）API根據(jù)openid生成token令牌存入程序緩存池，返回token令牌到小程序;（3）小程序會自動請求API進(jìn)行token校驗，若token無效或者過期，則需要重新執(zhí)行上述步驟;（4）如果token校驗成功，則取得用戶信息，給予用戶登陸權(quán)限。

用戶登錄之后，可通過API調(diào)取MySQL數(shù)據(jù)顯示目的地附近的空車位列表。用戶到達(dá)停車位旁邊，選擇車位點擊“停車”，小程序?qū)l(fā)送一條指令到websocket服務(wù)器，此指令中包含當(dāng)前車位ID信息以及車位開關(guān)的指令，websocket服務(wù)器將指令轉(zhuǎn)存到redis緩存池。TCP服務(wù)器會對redis進(jìn)行實時監(jiān)聽，當(dāng)監(jiān)測到有合法的指令時，會把這條指令通過4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給智能地鎖，地鎖收到這條命令之后會控制地鎖搖臂放平并反饋當(dāng)前狀態(tài)信息給小程序，車輛即可停入車位[5]。

用戶取車將車開出車位時，點擊“取車”指令，與上述流程一樣會發(fā)送一條控制智能地鎖搖臂升起的指令，經(jīng)過websocket、TCP中轉(zhuǎn)、驗證指令合法性，智能地鎖收到此指令會控制搖臂升起到90°位置，并反饋狀態(tài)信息給小程序。服務(wù)器會同步記錄各個車位的狀態(tài)信息，存入MySQL數(shù)據(jù)庫。

web端后臺管理程序需要實現(xiàn)以下功能：（1）管理用戶信息，比如注冊、登錄、黑名單管理等;（2）記錄和調(diào)取用戶停車記錄;（3）記錄和管理車位信息（有無車、電池電量等），實時顯示各車位的存車狀態(tài)，并能實時控制智能地鎖搖臂狀態(tài)。

4 結(jié)語

本共享車位系統(tǒng)通過微信端軟件與智能地鎖硬件相結(jié)合，實現(xiàn)了停車位共享。在停車位安裝此智能地鎖硬件后能準(zhǔn)確地提供空余車位情況供車主實時查詢。

本系統(tǒng)既可應(yīng)用于城市市政道路旁的公共停車位，取代現(xiàn)有的管理人員來回值守的收費模式;也可以應(yīng)用于市區(qū)的各種公共停車場，實現(xiàn)停車場的無人值守，自動收費;若與小區(qū)物業(yè)及業(yè)主合作，還可在小區(qū)業(yè)主的私人車位上安裝本系統(tǒng)，實現(xiàn)私人車位的共用共享，具有較大的推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

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